遥感栅格数据切分技术的应用研究

遥感栅格数据切分技术的应用研究
李向阳;卢遥
【摘 要】遥感影像数据是一种以栅格形式表示的数据,随着所描述范围的扩大和空间分辨率的提高,数据量呈几何级数地增长,海量性已成为遥感影像数据的主要特征之一。因此,如何实现多源海量卫星遥感数据共享与网络发布,服务于全社会的各行各业,已成为遥感影像数据处理、空间信息的存储、分发与共享等研究领域迫切需要解决的关键技术问题。文章提出以牺牲存储空间来提高处理速度、对遥感栅格数据构建影像金字塔的技术路线,引入影像金字塔模型及瓦片技术,编程实现了栅格地图的切分。最后,基于Google Maps平台成功实现了遥感栅格数据的发布,为海量遥感数据的应用和发布提供了借鉴。
【期刊名称】《江苏科技信息》
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【年(卷),期】2014(000)016
【总页数】4页(P76-79)
【关键词】栅格数据;影像金字塔;瓦片;切分技术
【作 者】李向阳;卢遥
【作者单位】河南省基础地理信息中心,河南郑州 450003;国家测绘产品质量检验测试中心,北京 100830
【正文语种】中 文
0 引言
卫星影像数据是一种以栅格形式存在的数据,其最明显的特点是数据量大,往往比计算机硬件可以显示的数据量大一个或多个数量级[1]。因此在设计卫星影像数据库时,需要将其存放在操作系统文件中,并在数据库中定义其外部文件的指针[2-4];同时采用影像数据分块的方法,将大影像数据切分为多个小影像——瓦片,并在数据库中建立分块索引表,以提高数据的查询和提取速度[5-7];此外,为进一步提高影像的实时缩放与显示速度,快速获取不同分辨率的影像信息,可根据不同显示要求调用不同分辨率的原始影像[8,9]。因此,针对海量遥感影像空间数据,如何采用高效的空间索引技术,快速提取最适宜的影像范围和显示分辨率的影像数据块,达到既不影响用户视觉效果又减少实际调入内存数据量的目的,从而满足用户需要显示范围的实际需求,是亟待解决的技术难点。
本文对栅格地图切分技术的规则、参数选择及相关算法进行了深入的研究,提出利用地图切片技术对地图投影转换、屏幕坐标与大地坐标转化的解决方案,并对地图切分参数的选择原则、地图切分算法、地图切分规则等方面进行了研究。在栅格地图切分技术基础上,采用Google Maps API设计出基于Microsoft Visual Studio 2008平台的栅格地图的切分程序,实现了基于Google Maps的遥感影像数据的整合与地图缩放快速浏览功能。
1 栅格地图的瓦片切分技术
1.1 瓦片
瓦片是指将固定范围内的某一比例尺地图按照指定的尺寸(通常为128×128或256×256像素)切分成若干行与列的正方形栅格图片。切图后得到的正方形栅格图片,被形象地称为“瓦片”。瓦片技术也叫切片技术,是指将某一比例尺的地图提前分成若干个小单元。客户端访问时,可直接获取所需的小单元然后拼接成地图,服务器无需动态创建一幅大的图形送到客户端,这极大地提高了反映速度。
由于空间数据库是服务器、中间件、客户端3级分层架构,因此数据的请求与发送都需要以
网络数据包通讯的方式传送。通过瓦片技术将地图分割成9×5方块,客户端发送数据请求时,通过空间分析算法可计算出客户端请求视图的覆盖范围,这样只需将20个瓦片切块的封装网络数据包发送至客户端,减小了网络数据包的大小。而客户端每收到一个瓦片数据包即可显示瓦片覆盖区域的数据,无需等待所有瓦片传输完即可显示地图,从而大大提高了用户体验。
1.2 栅格地图的预切分dr探测器
地图预切分就是在栅格地图发布之前将整幅图像划分成离散的比例,即事先对服务器端部分要素(集)按照影像金字塔模型进行小尺寸的切片分级和缓存,每种比例的地图根据切分规则分成若干个大小相等且互不重叠的块,称为地图的切片或瓦片(Tile)。客户端可直接利用分级的静态的图切片组来代替地图的动态生成。分块的大小由用户决定,可以是2的任意整数幂,而且大小要适中,行列尺寸一般采用128×128或256×256。分块时,需要确定单个块的数据量与块的总个数之间的平衡关系,即要兼顾图像局部的相关程度、网络传输情况等。然后对切片按一定的规则进行命名和存储,并建立切片名称与地图坐标的映射关系。
1.3 地图切分规则
为保证一组栅格数据能够相互叠合发布,必须选用统一的切图参数对地图进行切分,切图参数的设定应遵循以下规则:
(1)按坐标投影对栅格地图进行分组,每组地图必须定义统一的切图参数。
(2)地图范围的选取要兼顾同组其他栅格地图的范围,建立统一的地图切图范围,以便将栅格地图切片在同一坐标范围内叠加发布。
(3)同组地图缩放级数与各级比例尺要统一定义。
(4)地图切片大小一般应选用256×256像素,如果地图切片粒度过小,会增加系统的管理难度;反之,如果粒度太大,会造成网络传输速度过慢,达不到地图切分和缓存的目的。拉伸机机械手
1.4 地图切分参数
地图切分不仅使服务器端将图像能够分块传输,而且还可使客户器端进行无缝合成。因此,在地图切分之前必须预先定义一组标准的地图切分参数(简称切图参数),使得切图
参数既能保证地图切分过程的一致性,也能保证地图切分后的地图切片信息描述的完整性。切图参数是栅格数据发布中坐标映射、地图显示、地图服务的核心参数,包括栅格地图范围、地图缩放级数、比例尺或分辨率、地图切片大小、图片格式、坐标系统共6项参数。
1.5 地图切分算法
切图参数确定了屏幕坐标与大地坐标之间的对应关系(见图1),从而可以计算屏幕参数与地图切片之间的对应关系。
图1 屏幕坐标与大地坐标对应关系
1.5.1 切图参数表示
富硒叶面肥在实施切图之前,确定以下切图参数。
切图原点:通常选取图像的左上角大地坐标,记为(geoOrgX,geoOrgY),与之相对应的屏幕坐标原点以(winOrgX,winOrgY)表示;
缩放级别数目:以n表示,起始为0;
各级别的比例尺及分辨率,第n级比例尺以ZoomLevel[n]表示,分辨率以 Resolutions[n]表示;
地图切图范围:以 minX,minY,maxX,maxY表示;地图切片的大小:通常为256×256像素,以TileSize表示;地图切片对应的大地坐标长度:在第n级比例下,地图切片的大地长度表示为geoTileSize[n];
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